Séparation et électrolyse TS –Spécialité

Correction DM Chimie 02

Exercice 16 p 200 :

La réduction a lieu à la cathode d'où Cu2+ + 2e-  Cu (il s'y dépose du cuivre métallique).

L'oxydation a lieu à l'anode d'où Cu  Cu2+ + 2e- (une partie du métal disparaît lors de l'électrolyse).

Les variations de masse des électrodes pendant une même durée sont les mêmes = car les deux électrodes sont constituées du même métal.

On sait qu'à la cathode, il faut deux électrons pour qu'un ion Cu2+ soit réduit. Pour une mole d'ions Cu2+ se transformant en une mole d'atomes de cuivre (et donc une masse correspondant à MCu = 63,5 g.mol-1), il faudra deux moles d'électrons et donc l'apport de 2F coulomb (F = NA*e). Si on apporte Q = I*Dt, on peut donc réduire ions cuivre II. La relation cherchée est donc :

Après avoir tracé le graphique correspondant aux valeurs du tableau, on remarque que l'on obtient une droite. On peut donc prendre les coordonnées de n'importe quel point pour calculer la valeur de F. On a donc

Exercice 21 p 201 :

Définition de l'anode : Électrode d'arrivée du courant dans un milieu de conductivité différente, par opposition à cathode.

Définition de la cathode : Électrode de sortie du courant dans un électrolyseur, ou électrode qui est la source primaire d'électrons dans un tube électronique, par opposition à anode.

Le métal M devra constituer la cathode puisque c'est au niveau de cette électrode que la réduction des ions cuivre a lieu. Ils se transforment alors en atomes de cuivre qui pourront se déposer sur le métal M.

A Rh + - Anode Cathode (métal M) mA Com Cu2+(aq) Voir ci-contre.

On veut que l'ensemble des ions cuivre contenus dans la solution se dépose. La quantité de matière (nombre de moles) de cuivre présente est : . Puisque la réaction de réduction à la cathode est Cu2+ + 2e-  Cu, il nous faut 2 électrons par ion cuivre réduit, soit 0,150 mol d'électrons. Ceci correspond donc à 0,150 Faraday soit. L'intensité étant de 1,25 A, le courant apporte chaque seconde 1,25 C. Il faudra donc faire durer l'électrolyse pendant 14475/1,25 = 11580 s = 3H13mn.

Exercice 23 p 202 :

La concentration molaire volumique des ions Cu2+(aq) dans le bain électrolytique est donnée par la relation

On appelle cette technique « électrolyse à anode soluble » car, lors de l'électrolyse, les atomes de l'anode s'oxyde et se dissolve dans la solution de sulfate de cuivre.

Le métal cuivre de l'anode est d'abord oxydé en ion cuivre II. Ceux-ci migrent dans la solution puis sont réduits en atome cuivre qui se dépose sur la cathode.

On veut former 140 kg = 1,4.105 g de cuivre pur à 99,9%, correspondant à n = 1,4.105 / 63,5 = 2204 mol, en 25 jours. Ceci correspond donc à 2204/25 = 88,2 mol de cuivre par jour. Puisque la réaction de réduction à la cathode est Cu2+ + 2e-  Cu, il nous faut donc 2*88,2 = 176,4 mol d'électrons par jour. Chaque mole d'électron apportant 96500 C, l'intensité du courant nécessaire à la production de 140 kg de cuivre en 25 jours est

L'application de la formule nous donne

Puisque qu'un watt vaut 3600 J et que la production d'une tonne de cuivre consomme 250 kWh d'énergie électrique, le rendement est :

Correction du devoir maison n° 2 - Spécialité TS

Séparation et électrolyse

gwen (gwenael.moreau@ac-rennes.

2004-10-12T01:13:00

Gwénaël Moreau